弭光宝
,
曹春晓
,
黄旭
,
曹京霞
,
王宝
航空材料学报
doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.008
采用摩擦点燃方法研究摩擦接触压力P和预混气流氧浓度c0对TC11钛合金抗点燃性能的影响,建立定量描述TC11钛合金抗点燃性能的P-c0关系,并结合原位观察、SEM和EDS等手段给出TC11钛合金点燃与抗点燃的微观机理.结果表明,TC11钛合金的P-c0关系曲线符合抛物线规律,P从0.05MPa增至0.25MPa时,点燃对应的c0降低约32.5％;TC11钛合金点燃的c0至少比TC4钛合金高20％,即TC11钛合金的抗点燃性能显著高于TC4钛合金;摩擦过程产生强烈的火花,着火首先发生在具有原生金属表面的微凸体上;点燃过程形成燃烧区、熔凝区、热影响区和过渡区四个具有不同特征的区域;富Al和Mo的钛基固溶体相降低热影响区Ti向熔凝区的扩散速率,限制燃烧区Ti与O的优先反应,并与熔凝区O的大量固溶共同阻止O向热影响区的继续扩散,从而提高微凸体的抗点燃性能.
关键词:
航空发动机
,
TC11钛合金
,
阻燃性能
,
摩擦点燃
,
机理
,
钛火
弭光宝
,
黄旭
,
曹京霞
,
曹春晓
航空材料学报
doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2012.6.003
在着火热自燃理论基础上,通过分析钛颗粒表面氧化膜与基体之间的应力状态,结合实验事实,提出氧化膜最外层首先发生破裂但不形成贯穿裂纹的观点,基于该观点建立模型理论研究外层氧化膜的破裂行为对钛颗粒着火过程的影响,并对钛的着火过程进行物理模拟实验研究.结果表明:在673 ～1373K范围,当环境温度较低时,钛颗粒发生恒温氧化,氧化膜破裂导致氧化动力学曲线由抛物线向直线转化,当处于高温时,氧化膜的破裂使着火温度降低45K,不会对钛颗粒的着火过程产生强烈影响;当钛颗粒尺寸增大时,钛颗粒的着火温度未出现明显升高,与铝颗粒着火过程氧化膜的完全破裂机制不同;氧化膜内应力的变化使由外而内的裂纹扩展到一定程度后停止,即外层氧化膜不完全破裂,从而加速氧在内层氧化膜内扩散,增大了钛颗粒发生着火的敏感性;非等温氧化实验间接验证了外层氧化膜非贯穿破裂对钛着火过程影响的理论研究.
关键词:
钛火
,
外层氧化膜
,
破裂机理
,
钛颗粒
,
着火模型
,
非等温氧化
弭光宝
,
黄旭
,
曹京霞
,
曹春晓
金属学报
doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00501
建立定量描述阻燃钛合金抗点燃性能的摩擦接触压力P与预混气流氧浓度c0关系,对比研究Ti-V-Cr系阻燃钛合金及常规钛合金的抗点燃性能,并基于摩擦生热原理和着火热爆燃理论对阻燃钛合金的抗点燃机理进行模型计算分析.结果表明,当c0≥70％时,Ti40钛合金在室温下即会点燃.Ti40钛合金的抗点燃性能比Alloy C+钛合金低2.5％,比TC4钛合金高40％.阻燃钛合金的着火源为摩擦过程产生的微凸体,氧的化学吸附是氧与微凸体相互作用的控制步骤,阻燃钛合金的摩擦点燃临界温度Y*随等效压力Peq的增大而减小.对于Ti40钛合金,当Peq在0.1～0.5 MPa变化时,T*的变化范围为1073～1323K;摩擦表面由TiO2,V2O5和Cr2O3等氧化物融合物构成,厚度为2～5 μm.摩擦过程中该层融合物改善了接触表面的润滑条件,使摩擦区的温度大幅度降低,从而提高了阻燃钛合金的抗点燃性能.
关键词:
航空发动机
,
阻燃钛合金
,
阻燃性能
,
抗点燃性能
,
氧化物融合物
,
钛火
弭光宝
,
曹春晓
,
黄旭
,
曹京霞
,
王宝
,
隋楠
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.001
采用TGA/DSC实验方法,结合XRD,SEM和EDS分析,系统研究Ti-V,Ti-V-Cr合金的非等温氧化行为及氧化产物的微观结构,并探讨V和Cr元素对Ti-V Cr阻燃钛合金抗非等温氧化性的影响机制.结果表明:从室温至1723K温度区间内,随着V元素含量的增加,Ti-V合金的抗非等温氧化性显著降低,氧化膜厚度从168μm增加至370μm,Ti-35V合金氧化膜厚度约为Ti-25V的1.45倍;Ti-V-Cr合金的抗非等温氧化性逐渐提高且差异较小,氧化膜厚度从110μm减小至85μm,Ti-35V-15Cr合金的氧化膜厚度比Ti-25V-15Cr降低约15.5％.Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性显著高于Ti-V合金,主要因为非等温氧化过程形成的液态相V2O5极大地释放了氧化膜的内应力,提高了氧化膜与合金基体的结合性,并与Cr2O3,TiO2共同阻止了O向合金基体的大量扩散.非等温氧化增重曲线及氧化膜厚度作为特征参数定量描述了Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性,与摩擦着火实验结果相一致,从而预测了合金的阻燃性能.
关键词:
阻燃钛合金
,
非等温氧化
,
热重分析
,
阻燃性能
,
钛火
蔡建明
,
弭光宝
,
高帆
,
黄浩
,
曹京霞
,
黄旭
,
曹春晓
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.08.001
新一代高推重比航空发动机压气机和涡轮系统高温环境使用的叶片、盘、机匣、整体叶盘和整体叶环等构件设计通常选用先进高温钛合金材料。本文综述近年来我国600℃高温钛合金、阻燃钛合金、TiAl合金、连续SiC纤维增强钛基复合材料及其应用技术取得的最新研究进展，并提出材料及构件设计、加工和使用亟待突破的关键技术，包括工业铸锭成分高纯化和均匀化控制技术、大规格棒材及特殊锻件制备技术、整体叶盘和整体叶环零件机械加工技术、材料性能评价及应用设计技术等。先进高温钛合金材料的不断应用将有力推动我国航空发动机技术发展。
关键词:
先进航空发动机
,
600℃高温钛合金
,
阻燃钛合金
,
TiAl合金
,
SiC纤维增强钛基复合材料
,
钛火
